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第7讲 化学能与热能-2022高考化学二轮复习高分冲刺课件
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这是一份第7讲 化学能与热能-2022高考化学二轮复习高分冲刺课件，共43页。PPT课件主要包含了高考点击，分层突破，考点一反应热与焓变，＋531，－93等内容，欢迎下载使用。
1．(2018·北京)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
真 题 感 悟——悟真题、明方向
下列说法不正确的是( )A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂C．①→②放出能量并形成了C—C键D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
[解析] 化学反应的焓变等于反应物键能之和减去生成物键能之和，所以焓变为(4×413＋2×745)kJ·ml－1－(2×1 075＋2×436)kJ·ml－1＝＋120 kJ·ml－1。
＋120 kJ·ml－1
3．(2017·天津，7)0.1 ml Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为_____________________________________________________________。
2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－85.6 kJ·ml－1
4．(2019·江苏，11)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023D．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
[解析] A项，该反应前后气体分子数减少，即熵减少，又反应能自发进行，说明该反应为放热反应，ΔH<0，正确；B项，负极上应是H2失去电子，错误；C项，11.2 L H2不是处于标准状况下，无法计算H2的物质的量，进而无法计算转移的电子数，错误；D项，反应的焓变等于反应物断裂旧共价键的键能之和减去生成物形成新共价键的键能之和，错误。
►知能补漏1．反应热的理解和计算(1)下图表示燃料燃烧反应的能量变化( )(2)在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。该反应中化学能全部转化为热能( )(3)催化剂能改变反应的焓变( )(4)催化剂能降低反应的活化能( )
核 心 突 破——补知能、学方法
2．热化学方程式正误判断的六个易错点
3．燃烧热和中和热应用中的注意事项(1)燃烧热是指101 kPa时，1 ml纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，并不是1 ml可燃物燃烧时放出的热量就是燃烧热。(2)中和热不是指1 ml酸和1 ml碱中和时的热效应，而是指“生成1 ml H2O(l)”的热效应，强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应生成1 ml H2O(l)，ΔH＝－57.3 kJ·ml－1。弱酸和强碱，强酸和弱碱或弱酸和弱碱反应时，因电离吸热，放出的热量减少，中和热数值偏小。若用浓硫酸(或NaOH固体)，因溶解放热使放出的热量增多，中和热数值偏大。
1．下列有关图象的叙述不正确的是( )
备 考 验 证——练典题、重应用
[解析] 根据燃烧热的概念，H2的燃烧热为1 ml H2(g)完全燃烧生成稳定氧化物H2O(l)时所放出的热量，由图Ⅰ可知H2O为气态，A项叙述错误。由图Ⅱ可知，曲线b的活化能低于a的，b可能使用了催化剂，B项叙述正确。由于N2与H2合成NH3为可逆反应，故充分反应后达到平衡时放热小于92.2 kJ，C项叙述正确。由图Ⅲ可知，HgO(s)分解为Hg(l)和O2(g)为吸热反应，热化学方程式书写正确，D项叙述正确。
2．(2019·河南普通高中联考)H2与ICl的反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列有关说法错误的是( )A．反应①、反应②均为放热反应B．反应①、反应②均为氧化还原反应C．反应①比反应②的速率慢，与相应正反应的活化能无关D．反应①、反应②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·ml－1
[解析] 根据图象可知，反应①和反应②中反应物总能量都大于生成物，则反应①、②均为放热反应，A正确；反应①、②中都存在元素化合价变化，所以反应①、②都是氧化还原反应，B正确；反应①比反应②的速率慢，说明反应①中正反应的活化能较大，反应②中正反应的活化能较小，C错误；反应①、反应②总的能量变化为218 kJ，根据盖斯定律可知，反应①、反应②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·ml－1，D正确。
[解析] 形成化学键时放出能量，A项错误；根据表格数据知，氯氯键的键能小于氮氮三键键能，B项错误；反应热等于断裂化学键的总键能与形成化学键的总键能之差，ΔH＝(391×4＋193＋243×2－946－432×4)kJ·ml－1＝－431 kJ·ml－1，C项正确；反应物N2H4中含极性键和非极性键，氯气中含非极性键，产物氮气中含非极性键，氯化氢中含极性键，所以该反应中断裂和形成的化学键都有极性键和非极性键，D项错误。
4．下列关于热化学反应的描述中正确的是( )A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则H2SO4和Ca(OH)2的反应热ΔH＝2×(－57.3)kJ·ml－1B．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·ml－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0 kJ·ml－1C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应D．甲烷的燃烧热就是1 ml甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量
考点二 盖斯定律的应用
1．(2017·北京·26)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质
氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)=== TiCl4(g)＋ O2(g) ΔH1＝＋175.4 kJ·ml－12C(s)＋O2(g)＝2CO(g) ΔH2＝－220.9 kJ·ml－1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：______________________________________________________________。[解析] 本题考查制备纯TiCl4的工艺流程分析、盖斯定律、化学平衡移动原理的应用、蒸馏原理等。根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到所求热化学方程式。
TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH＝－45.5kJ·ml－1
►知能补漏1．盖斯定律的应用(1)理论依据：反应热只与反应体系的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应的途径无关。(2)计算模式：
(3)主要应用：计算某些难以直接测量的化学反应的反应热。(4)注意事项：应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应途径。①当反应式乘以或除以某数时，ΔH也应乘以或除以某数。②进行热化学方程式加减运算以及比较反应热的大小时，ΔH都要带“＋”“－”号计算、比较，即把ΔH看作一个整体进行分析判断。③在设计的反应途径中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。④当设计的反应逆向进行时，其ΔH与正反应的ΔH数值相等，符号相反。
2．反应热计算的四种方法(1)根据燃烧热数据，求算反应放出的热量。利用公式：Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)如已知H2的燃烧热ΔH＝－285.8 kJ·ml－1，若H2的物质的量为2 ml，则2 ml H2燃烧放出的热量为2 ml×285.8 kJ· ml－1 ＝571.6 kJ。(2)依据反应物与生成物的总能量计算。△H＝E生成物－E反应物。
(3)根据键能数据(E)计算。ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和(4)根据盖斯定律计算反应热。若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变也可通过这几个化学反应的焓变相加减而得到。
1．(新题预测)向Na2CO3溶液中滴加盐酸，反应过程中能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
2．(2019·潍坊一模)一定条件下，用甲烷可以消除氮的氧化物(NOx)的污染。已知：①CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·ml－1②CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－1 160 kJ·ml－1下列选项不正确的是( )A．CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－867 kJ·ml－1B．CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3<ΔH1C．若用0.2 ml CH4还原NO2至N2，则反应中放出的热量一定为173.4 kJD．若用标准状况下2.24 L CH4还原NO2至N2，整个过程中转移的电子为0.8 ml
3．(1)在高温下，一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫。已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－1②CO2(g)＋C(s)===2CO(g) ΔH2＝＋172.5 kJ·ml－1③S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3＝－296.0 kJ·ml－1请写出CO与SO2反应的热化学方程式：_________________________________________________________。
2CO(g)＋SO2(g)===S(s)＋2CO2(g) ΔH＝－270.0 kJ·ml－1
(2)硝酸厂常用催化还原方法处理尾气。CH4在催化条件下可以将NO2还原为N2。已知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－889.6 kJ·ml－1②N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.7 kJ·ml－1则CH4还原NO2生成水蒸气和氮气的热化学方程式是_________________________________________________________________。[解析] (1)根据盖斯定律，热化学方程式是由①－②－③得到。(2)根据盖斯定律，热化学方程式是由①－②得到。
CH4(g)＋2NO2(g)===CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－957.3 kJ·ml－1
4．(2019·河北石家庄二模)为了合理利用化学能，确保安全生产，化工设计需要充分考虑化学反应的焓变，并采取相应措施。化学反应的焓变通常用实验进行测定，也可进行理论推算。(1)实验测得5 g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式：_______________________________________________________________。
2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 452.8 kJ·ml－1
(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。已知：C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－12H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－571.6 kJ·ml－12C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－2 599 kJ·ml－1根据盖斯定律，计算298 K时由C(s，石墨)和H2(g)生成1 ml C2H2(g)反应的焓变：__________________。
＋226.7 kJ·ml－1
1．(2018·北京)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
真 题 感 悟——悟真题、明方向
下列说法不正确的是( )A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂C．①→②放出能量并形成了C—C键D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
[解析] 化学反应的焓变等于反应物键能之和减去生成物键能之和，所以焓变为(4×413＋2×745)kJ·ml－1－(2×1 075＋2×436)kJ·ml－1＝＋120 kJ·ml－1。
＋120 kJ·ml－1
3．(2017·天津，7)0.1 ml Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为_____________________________________________________________。
2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－85.6 kJ·ml－1
4．(2019·江苏，11)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023D．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
[解析] A项，该反应前后气体分子数减少，即熵减少，又反应能自发进行，说明该反应为放热反应，ΔH<0，正确；B项，负极上应是H2失去电子，错误；C项，11.2 L H2不是处于标准状况下，无法计算H2的物质的量，进而无法计算转移的电子数，错误；D项，反应的焓变等于反应物断裂旧共价键的键能之和减去生成物形成新共价键的键能之和，错误。
►知能补漏1．反应热的理解和计算(1)下图表示燃料燃烧反应的能量变化( )(2)在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。该反应中化学能全部转化为热能( )(3)催化剂能改变反应的焓变( )(4)催化剂能降低反应的活化能( )
核 心 突 破——补知能、学方法
2．热化学方程式正误判断的六个易错点
3．燃烧热和中和热应用中的注意事项(1)燃烧热是指101 kPa时，1 ml纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，并不是1 ml可燃物燃烧时放出的热量就是燃烧热。(2)中和热不是指1 ml酸和1 ml碱中和时的热效应，而是指“生成1 ml H2O(l)”的热效应，强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应生成1 ml H2O(l)，ΔH＝－57.3 kJ·ml－1。弱酸和强碱，强酸和弱碱或弱酸和弱碱反应时，因电离吸热，放出的热量减少，中和热数值偏小。若用浓硫酸(或NaOH固体)，因溶解放热使放出的热量增多，中和热数值偏大。
1．下列有关图象的叙述不正确的是( )
备 考 验 证——练典题、重应用
[解析] 根据燃烧热的概念，H2的燃烧热为1 ml H2(g)完全燃烧生成稳定氧化物H2O(l)时所放出的热量，由图Ⅰ可知H2O为气态，A项叙述错误。由图Ⅱ可知，曲线b的活化能低于a的，b可能使用了催化剂，B项叙述正确。由于N2与H2合成NH3为可逆反应，故充分反应后达到平衡时放热小于92.2 kJ，C项叙述正确。由图Ⅲ可知，HgO(s)分解为Hg(l)和O2(g)为吸热反应，热化学方程式书写正确，D项叙述正确。
2．(2019·河南普通高中联考)H2与ICl的反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列有关说法错误的是( )A．反应①、反应②均为放热反应B．反应①、反应②均为氧化还原反应C．反应①比反应②的速率慢，与相应正反应的活化能无关D．反应①、反应②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·ml－1
[解析] 根据图象可知，反应①和反应②中反应物总能量都大于生成物，则反应①、②均为放热反应，A正确；反应①、②中都存在元素化合价变化，所以反应①、②都是氧化还原反应，B正确；反应①比反应②的速率慢，说明反应①中正反应的活化能较大，反应②中正反应的活化能较小，C错误；反应①、反应②总的能量变化为218 kJ，根据盖斯定律可知，反应①、反应②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·ml－1，D正确。
[解析] 形成化学键时放出能量，A项错误；根据表格数据知，氯氯键的键能小于氮氮三键键能，B项错误；反应热等于断裂化学键的总键能与形成化学键的总键能之差，ΔH＝(391×4＋193＋243×2－946－432×4)kJ·ml－1＝－431 kJ·ml－1，C项正确；反应物N2H4中含极性键和非极性键，氯气中含非极性键，产物氮气中含非极性键，氯化氢中含极性键，所以该反应中断裂和形成的化学键都有极性键和非极性键，D项错误。
4．下列关于热化学反应的描述中正确的是( )A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则H2SO4和Ca(OH)2的反应热ΔH＝2×(－57.3)kJ·ml－1B．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·ml－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0 kJ·ml－1C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应D．甲烷的燃烧热就是1 ml甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量
考点二 盖斯定律的应用
1．(2017·北京·26)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质
氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)=== TiCl4(g)＋ O2(g) ΔH1＝＋175.4 kJ·ml－12C(s)＋O2(g)＝2CO(g) ΔH2＝－220.9 kJ·ml－1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：______________________________________________________________。[解析] 本题考查制备纯TiCl4的工艺流程分析、盖斯定律、化学平衡移动原理的应用、蒸馏原理等。根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到所求热化学方程式。
TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH＝－45.5kJ·ml－1
►知能补漏1．盖斯定律的应用(1)理论依据：反应热只与反应体系的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应的途径无关。(2)计算模式：
(3)主要应用：计算某些难以直接测量的化学反应的反应热。(4)注意事项：应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应途径。①当反应式乘以或除以某数时，ΔH也应乘以或除以某数。②进行热化学方程式加减运算以及比较反应热的大小时，ΔH都要带“＋”“－”号计算、比较，即把ΔH看作一个整体进行分析判断。③在设计的反应途径中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。④当设计的反应逆向进行时，其ΔH与正反应的ΔH数值相等，符号相反。
2．反应热计算的四种方法(1)根据燃烧热数据，求算反应放出的热量。利用公式：Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)如已知H2的燃烧热ΔH＝－285.8 kJ·ml－1，若H2的物质的量为2 ml，则2 ml H2燃烧放出的热量为2 ml×285.8 kJ· ml－1 ＝571.6 kJ。(2)依据反应物与生成物的总能量计算。△H＝E生成物－E反应物。
(3)根据键能数据(E)计算。ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和(4)根据盖斯定律计算反应热。若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变也可通过这几个化学反应的焓变相加减而得到。
1．(新题预测)向Na2CO3溶液中滴加盐酸，反应过程中能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
2．(2019·潍坊一模)一定条件下，用甲烷可以消除氮的氧化物(NOx)的污染。已知：①CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·ml－1②CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－1 160 kJ·ml－1下列选项不正确的是( )A．CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－867 kJ·ml－1B．CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3<ΔH1C．若用0.2 ml CH4还原NO2至N2，则反应中放出的热量一定为173.4 kJD．若用标准状况下2.24 L CH4还原NO2至N2，整个过程中转移的电子为0.8 ml
3．(1)在高温下，一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫。已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－1②CO2(g)＋C(s)===2CO(g) ΔH2＝＋172.5 kJ·ml－1③S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3＝－296.0 kJ·ml－1请写出CO与SO2反应的热化学方程式：_________________________________________________________。
2CO(g)＋SO2(g)===S(s)＋2CO2(g) ΔH＝－270.0 kJ·ml－1
(2)硝酸厂常用催化还原方法处理尾气。CH4在催化条件下可以将NO2还原为N2。已知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－889.6 kJ·ml－1②N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.7 kJ·ml－1则CH4还原NO2生成水蒸气和氮气的热化学方程式是_________________________________________________________________。[解析] (1)根据盖斯定律，热化学方程式是由①－②－③得到。(2)根据盖斯定律，热化学方程式是由①－②得到。
CH4(g)＋2NO2(g)===CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－957.3 kJ·ml－1
4．(2019·河北石家庄二模)为了合理利用化学能，确保安全生产，化工设计需要充分考虑化学反应的焓变，并采取相应措施。化学反应的焓变通常用实验进行测定，也可进行理论推算。(1)实验测得5 g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式：_______________________________________________________________。
2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 452.8 kJ·ml－1
(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。已知：C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－12H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－571.6 kJ·ml－12C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－2 599 kJ·ml－1根据盖斯定律，计算298 K时由C(s，石墨)和H2(g)生成1 ml C2H2(g)反应的焓变：__________________。
＋226.7 kJ·ml－1
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